CN102350796B - 制作具有图案化微结构的光学元件的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
一种制作具有图案化微结构的光学元件的设备及方法。制作具有图案化微结构的光学元件的设备包括具有出料口的挤出成形装置，以及与挤出成形装置的出料口相邻设置的冲压装置。制作具有图案化微结构的光学元件的方法包括下列步骤。首先，利用一挤出成形装置进行一挤出成形工艺，以形成一光学元件。接着，利用一冲压装置的一模具于光学元件冷却至半凝固状态时对光学元件进行冲压处理，以于光学元件的一表面形成图案化微结构。其中，冲压装置与挤出成形装置的一出料口相邻设置。本发明利用将冲压装置与光学元件挤出成形装置相邻设置，并以模具对处于半凝固状态的光学元件表面进行冲压处理来形成图案化微结构，从而缩短工艺时间与降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作具有图案化微结构的光学元件的设备及方法，尤其涉及一种对处于半凝固状态的光学元件表面进行冲压处理来形成图案化微结构的制作方法及设备。
背景技术
在显示器产业中，不论是无源式的显示方式，例如液晶搭配背光模块，或是有源式的显示方式，例如有机电激发光(organic electroluminescence)显示器，如何在低耗电的前提下将所得的光源做最佳化的应用，向来是业界致力开发的方向。而其中具备有导光、反射、匀光以及集光等功能的光学元件即扮演着很重要的角色。举例来说，目前一般侧光式的背光模块中，即使用了导光板(light guide plate)、扩散膜(diffusion film)、反射板(reflecting plate)以及棱镜片(prism sheet)等具有特殊光学特性的光学元件来改善整体背光呈现亮度、背光均匀性、发光角度等重要性质。而这些具有特殊光学特性的光学元件，一般以混合各种不同光学性质的材料来制造多层的结构，或是于一般光学元件的表面形成各种图案化微结构来达到所需的光学性质。
目前常见用来形成具有表面微结构的光学元件的方式有网点印刷、射出成形、压出成形、以及激光雕刻等。其中网点印刷、射出成形、以及压出成形等方式虽然相对的成本较低，但却分别有光学效率低、制造时间(cycle time)过长、良率偏低等问题。而相对地，以激光雕刻法制作的具有微结构的光学元件具有较佳的光学效率，但却有成本过高以及制作时间过长等缺点。因此，如何以低成本、高生产效率的方式来制作具有图案化微结构的光学元件为相关产业重要的课题之一。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的主要目的之一在于提供一种制作具有图案化微结构的光学元件的设备及方法，以低成本、高生产效率的方式来制作具有图案化微结构的光学元件。
为达上述目的，本发明的一较佳实施例提供一种制作具有图案化微结构的光学元件的方法，例如制作具有集光效果的光学膜片，上述制作方法包括下列步骤。首先，利用一挤出成形装置进行一挤出成形工艺，以挤出成形方式形成一光学元件，此光学元件的外观形状可为例如薄膜状或薄片状。接着，利用一冲压装置的一模具于光学元件冷却至半凝固状态时对光学元件进行一冲压处理，以于光学元件的一表面形成至少一图案化微结构。
为达上述目的，本发明的另一较佳实施例提供一种制作具有图案化微结构的光学元件的设备，上述制作具有图案化微结构的光学元件的设备包括一挤出成形装置以及一冲压装置。挤出成形装置用以挤出形成一光学元件，且挤出成形装置具有一出料口。冲压装置与挤出成形装置的出料口相邻设置，例如在出料口后随即设置冲压装置。此外，冲压装置具有至少一模具，用以对处于半凝固状态的光学元件的至少一表面进行一冲压处理，以于光学元件的表面形成至少一图案化微结构。
本发明利用将冲压装置与光学元件挤出成形装置相邻设置，并以模具对处于半凝固状态的光学元件表面进行冲压处理来形成图案化微结构，以此达到缩短工艺时间与降低生产成本的目的。
附图说明
图1A至图1C示出了本发明的一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的方法示意图。
图2示出了以本发明的一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的方法所制作的一光学元件的示意图。
图3示出了本发明的另一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的设备的示意图。
图4示出了本发明的又一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的设备的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10制作具有图案化微结构的 11挤出成形装置
光学元件的设备
11E出料口 12冲压装置
12A模具 12B置放平台
12C切割装置 12D下模具
13光学元件 13S表面
13B下表面 14图案化微结构
14B图案化微结构 15定位记号
20制作具有图案化微结构的 30制作具有图案化微结构的
光学元件的设备 光学元件的设备
具体实施方式
为使熟习本发明所属技术领域的普通技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
请参考图1A至图1C。图1A至图1C示出了本发明的一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的方法示意图。如图1A所示，本实施例可使用一制作具有图案化微结构的光学元件的设备10来执行制作具有图案化微结构的光学元件的方法，其中制作具有图案化微结构的光学元件的设备10包括一挤出成形装置11以及一冲压装置12。挤出成形装置11用以挤出形成一光学元件13，且挤出成形装置11具有一出料口11E。冲压装置12与挤出成形装置11的出料口11E相邻设置，在本实施例中在出料口11E后随即紧邻设置了冲压装置12，且冲压装置12具有至少一模具12A以及一置放平台12B。如图1A至图1C所示，本发明的一较佳实施例提供一种制作具有图案化微结构的光学元件的方法，例如制作具有集光效果的光学膜片，上述制作方法包括下列步骤。首先，如图1A所示，利用挤出成形装置11进行一挤出成形工艺，以挤出成形方式形成一光学元件13。光学元件13的外观形状可为例如薄膜状或薄片状。接着，如图1B至图1C所示，利用一冲压装置12的一模具12A于光学元件13冷却至半凝固状态时对光学元件13进行一冲压处理，以于光学元件13的一表面13S形成至少一图案化微结构14。上述的冲压处理可利用例如固定置放平台12B的位置而移动模具12A朝置放平台12B的方向进行冲压，或可固定模具12A的位置而移动置放平台12B朝模具12A的方向进行冲压，又或可同时移动模具12A与置放平台12B各自朝光学元件13的方向进行冲压，以于光学元件13的一表面13S形成图案化微结构14。在本实施例中，模具12A具有多个凸起的图形，以于冲压处理后在光学元件13的表面13S形成图案化微结构14，但本发明的实施例中，模具12A并不以此为限，其可具有多个凸起的图形或/及凹陷的图形，以于光学元件13的表面13S上形成需要的图案化微结构。在本实施例中，光学元件13可包括聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚物(Methyl Methacrylate-Styrene，MMS)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、环烯烃聚合物(Cyclo OlefinPolymer，COP)与聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)等材料的其中至少一种或上述材料的混合物，但不以此为限而可包括其他适合的材料。光学元件13可为单层结构或多层结构。另外，为了提供光学元件13特定的光学效果，例如扩散效果，可更于用以形成光学元件13的材料例如上述材料内以各种方式加入至少一具有扩散功能的材料例如二氧化钛(TiO2)粒子、二氧化硅(SiO2)粉末或聚甲基丙烯酸甲酯粒子，但并不以此为限。此外，在本实施例中，光学元件13于挤出成形工艺中的温度大体上介于150℃至260℃之间，而光学元件13于半凝固状态中的温度大体上介于75℃至150℃之间，但本发明并不以此为限而可视相关材料与设备需求对各工艺温度进行调整。在本发明的实施例中，具有图案化微结构14的光学元件13由于可产生特殊的光学作用，因此可使用作为背光模块中的导光板、扩散片或用于其他特殊的光学用途，但本发明并不以此为限。此外，由于上述各特殊光学用途的应用有时需要在光学元件的各表面均具有图案化微结构，因此上述的制作具有图案化微结构的光学元件的方法也可还包括一翻转光学元件13的步骤以及于光学元件13的另一表面进行冲压处理，以于光学元件13的另一表面形成图案化微结构。另外，值得说明的是，在本发明的实施例中，利用将冲压装置12与挤出成形装置11的出料口11E相邻设置，使光学元件13在挤出成形后可经由一自然冷却方式冷却至适合进行冲压处理的半凝固状态，而不须于挤出成形装置11与冲压装置12之间设置额外的冷却装置来控制光学元件13于进行冲压处理时的状态，因此可降低机台的成本。此外，本发明的制作具有图案化微结构光学元件的方法的一种实施例中，可通过控制及调整自然冷却时间与工艺流程，使冲压装置12的模具12A于光学元件13尚处于半凝固状态下对光学元件13进行冲压处理来形成图案化微结构14。因此，本实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的方法可省去一般对光学元件冲压时所需的加热机构及加热处理，进而达到降低生产成本以及增加生产效率的目的。
请参考图2，并一并参考图1C。图2示出了以本发明的一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的方法所制作的一光学元件的示意图。如图2与图1C所示，在本实施例中，冲压装置12的模具12A除了可用来于光学元件13的表面13S形成图案化微结构14的外，模具12A可于冲压处理时，一并于光学元件13的表面13S形成至少一定位记号15。定位记号15可于后续工艺时提供定位的功能，此后续工艺可包括一光学元件13的裁切工艺，但本发明并不以此为限。此外，值得说明的是，在本实施例中，可使用模具12A于光学元件13的表面13S形成多个图案化微结构14与多个定位记号15，之后再通过一裁切工艺，使得光学元件13被分割成多个较小的具有图案化微结构14的光学元件。因此，通过本发明的制作具有图案化微结构的光学元件的方法，可于一较大尺寸的光学元件上依需求形成各种形状或大小不同且具有图案化微结构的光学元件，达到简化工艺、产能提升的效果。此外本发明的较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的方法可还包括对处于半凝固状态的光学元件13的表面13S进行冲压处理时，一并对光学元件13进行裁切，以更进一步地简化工艺。
请参考图3。图3示出了本发明的另一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的设备的示意图。为简化说明，本发明的各实施例中相同的元件以相同附图标记进行标示，且本实施例中与前述实施例相同之处将不再赘述，将仅就相异处做进一步说明。如图3所示，本发明的另一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的设备20包括一挤出成形装置11以及一冲压装置12。而与上述实施例的差异处在于冲压装置12可更包括一切割装置12C，用以对处于半凝固状态的光学元件13的表面13S进行冲压处理时，同时对光学元件13进行裁切。因此，在本发明中，可利用不同大小及形状的模具，并搭配切割装置，于一较大尺寸的光学元件上依需求形成各种形状或大小不同且具有图案化微结构的光学元件，达到简化工艺、产能提升的效果。
请参考图4。图4示出了本发明的又一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的设备的示意图。如图4所示，本发明的又一较佳实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的设备30包括一挤出成形装置11以及一冲压装置12。而与上述实施例的差异处在于冲压装置12可更包括一下模具12D与模具12A相对设置。通过本实施例的制作具有图案化微结构的光学元件的设备30之下模具12D，可对处于半凝固状态的光学元件13的一下表面13B进行冲压处理，以于光学元件13的下表面13形成至少一图案化微结构14B。值得说明的是，本实施例之下模具12D也可提供于冲压处理时支撑光学元件13的作用。因此，通过本实施例的模具12A与下模具12D对光学元件进行冲压动作，例如可固定下模具12D的位置而移动模具12A朝下模具12D的方向进行冲压，或可固定模具12A的位置而移动下模具12D朝模具12A的方向进行冲压，又或可同时移动模具12A与下模具12D各自朝光学元件13的方向进行冲压，以制作出于上下表面均具有图案化微结构的光学元件。
综合上述内容，本发明的一种实施例中，利用将冲压装置与挤出成形装置相邻设置，使得模具可于一被挤出成形的物件，例如光学元件(光学膜片)经由自然冷却至半凝固状态时对其表面进行冲压处理来形成图案化微结构，以此可节省一般所需的冷却/加热装置与冷却/加热工艺，使得制作具有图案化微结构的光学元件的工艺时间缩短，且降低制作具有图案化微结构的光学元件的机台及生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (12)
1.一种制作具有图案化微结构的光学元件的方法，包括：
利用一挤出成形装置进行一挤出成形工艺，以挤出成形方式形成一光学元件；以及
利用一冲压装置的一模具于该光学元件冷却至一半凝固状态时对该光学元件进行一冲压处理，以于该光学元件的一表面形成至少一图案化微结构，其中该冲压装置与该挤出成形装置的一出料口相邻设置。
2.如权利要求1所述的制作具有图案化微结构的光学元件的方法，其中于该挤出成形工艺中，该光学元件的温度介于150℃至260℃之间。
3.如权利要求1所述的制作具有图案化微结构的光学元件的方法，其中于该半凝固状态中，该光学元件的温度介于75℃至150℃间。
4.如权利要求1所述的制作具有图案化微结构的光学元件的方法，其中该光学元件利用自然冷却方式冷却至该半凝固状态。
5.如权利要求1所述的制作具有图案化微结构的光学元件的方法，还包括利用该冲压装置的该模具于该光学元件的该表面形成至少一定位记号。
6.如权利要求1所述的制作具有图案化微结构的光学元件的方法，还包括对处于该半凝固状态的该光学元件的该表面进行冲压处理时，一并对该光学元件进行裁切。
7.如权利要求1所述的制作具有图案化微结构的光学元件的方法，其中该光学元件的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、环烯烃聚合物或聚对苯二甲酸乙二酯。
8.如权利要求7所述的制作具有图案化微结构的光学元件的方法，其中该光学元件更包括至少一具有扩散功能的材料，该具有扩散功能的材料的成分包括二氧化钛粒子、二氧化硅粉末或聚甲基丙烯酸甲酯粒子。
9.一种制作具有图案化微结构的光学元件的设备，包括：
一挤出成形装置，用以挤出形成一光学元件，其中该挤出成形装置具有一出料口；以及
一冲压装置，与该挤出成形装置的该出料口相邻设置，且该冲压装置具有至少一模具，用以对处于一半凝固状态的该光学元件的至少一表面进行一冲压处理，以于该光学元件的该表面形成至少一图案化微结构。
10.如权利要求9所述的制作具有图案化微结构的光学元件的设备，其中该冲压装置更包括一切割装置，用以对处于该半凝固状态的该光学元件的该表面进行冲压处理时，同时对该光学元件进行裁切。
11.如权利要求9所述的制作具有图案化微结构的光学元件的设备，其中该光学元件的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、环烯烃聚合物或聚对苯二甲酸乙二酯。
12.如权利要求11所述的制作具有图案化微结构的光学元件的设备，其中该光学元件更包括至少一具有扩散功能的材料，该具有扩散功能的材料的成分包括二氧化钛粒子、二氧化硅粉末或聚甲基丙烯酸甲酯粒子。
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